Voilure tournante

Voilure tournante d'un hélicoptère

Une voilure tournante est l'élément sustentateur en mouvement d'un aérodyne. Il s'agit principalement du ou des rotor(s) principal(aux) équipant les hélicoptères ou les autogires.

Historique

Préambule : les jouets avec hélice

La chère hélice de Ponton d'Amécourt (1863)

De la Chine à l'Europe, l’homme essaye d’envoyer dans l’air ce qu’il pense faire voler. Il étudie ce que la nature montre en vol : insectes et oiseaux. Un point historique est concrétisé par un dessin de Léonard de Vinci qui viendra en France en 1516.

Une présentation d’un jouet en 1784 fabriqué par Launoy et Bienvenue sera faite à l’Académie des sciences (France)^[1]. Il faut attendre 1861 pour qu'apparaisse le mot « hélicoptère »^[1]. Ponton d'Amécourt invente ce mot pour traduire sa passion de réaliser des jouets qu’il fait voler avec plus ou moins de bonheur.

Deux rotors coaxiaux

• 1877 : Enrico Forlanini, Italie, moteur à vapeur^[1] de 0,25 ch. Poids de 8 kg.
• 1903 : Félix Faure présente un appareil coaxial de 85 kg.
• 1905 : Maurice Léger présente un coaxial de 110 kg. Moteur de 6 ch.
• 1907 : Otto G. Luyties, États-Unis. Moteur de 20 ch, poids de 500 kg, diamètre 10 m^[2].
• 1908 : Igor Sikorsky réalise un coaxial en Russie. Moteur Anzani de 25 ch.
• 1912 : Boris Youriev, Russie ; Jens Christian Hansen Ellehammer (Danemark).
• 1917 : Raoul Pateras Pescara (Barcelone) positionne un coaxial sur le toit de sa voiture, moteur Hispano de 45 ch.
• 1921 : Pescara 2R (Barcelone, modifié en France). Moteur Rhône de 160 ch. Diamètre 6,4 m. Poids 800 kg.
• 1920 : Berliner.
• 1923 : Pescara 2F, fabriqué en France, modifié en 1924 : moteur Hispano-Suiza de 180 ch. Diamètre 7,20 m. Poids 870 kg. Record du monde de distance pour hélicoptère le 18 avril 1924 (FAI).
• 1925 : Pescara 3F, moteur Salmson (exposé au Musée de l'air et de l'Espace). Il est équipé d'un moteur plus puissant en 1926.
• 1933 : Le Lt colonel Lamé dans son livre Le Vol vertical. Théorie générale des hélicoptères. Les Appareils à voilures tourmantes, de leurs origines à 1934 (Éd. Blondel La Rougery, 1934) annonce la finition d’un gyroplane Breguet-Dorand d’environ 1 600 kg équipé d’un moteur de 230 ch. C’est un hélicoptère coaxial ; deux hélices tournent en sens inverse et peuvent être débrayées en cas de panne moteur. La vitesse de descente en autorotation est de l’ordre de 6 à 7 mètres à la seconde, ce qui est trop rapide. Il est obligé à l’atterrissage d’utiliser le « coup de frein Pescara » que M. Lamé a défini dans son livre comme « une manœuvre de ressource ». À la suite d’une cassure de bielle en août 1935, le moteur initial est remplacé par un moteur Hispano-Suiza de 400 ch. Le 22 septembre 1936, Le Gyroplane Breguet-Dorand piloté par Maurice Claisse bat le record d’altitude en montant à 158 mètres. Sa voilure de 16,7 mètres de diamètre est endommagée.

Deux rotors coaxiaux et une hélice propulsive

• 1930 : Pescara 4S. Appareil espagnol. Moteur Salmson de 40 ch. Poids 400 kg.

Deux rotors latéraux côte à côte

• 1904 : Le colonel Charles Renard
• 1905 : Les frères Henri et Armand Dufaux (France). Moteur de 3 ch. Diamètre de 2 m.
• 1906 : Le brésilien Alberto Santos-Dumont ne finira pas son appareil
• 1907 : Paul Cornu (France) moteur de 24 ch
• 1922 : Hélicion Perrin (France) ; Berliner

Un rotor horizontal et un rotor de queue

• 1910 : Boris Youriev (Russie), premier du genre mais n'a jamais pu voler^[1]. Moteur Anzan de 30 ch. Diamètre de 8,6 m.

Quatre rotors sur un même plan

• 1907 : Appareil Breguet- Richet (Gyroplane français). Moteur de 45 ch. Diamètre 8,8 m.
• 1922 : Appareil de l'Américain de Bothezat (quadrirotor avec autorotation). Moteur Rhône de 180 ch ; Diamètre de 22 pieds (6,7 m). Poids 1 500 kg. À Dayton, dans l’Ohio. Il décolle et atterrit verticalement. Il peut tourner sur lui-même grâce à l’action de deux petites hélices spéciales à axe horizontal (L'Aérophile, juin 1923)
• 1924 : Appareil n °2 d'Étienne Œhmichen-Peugeot multi-hélices (12 hélices). Moteur rotatif Rhône de 180 ch. Description faite par E. Oehmichen à la FAI : « Il comporte quatre grandes hélices principales (deux de 7,6 m et deux de 6,4 m) à axe vertical d'un système particulier à récupération, et pour la manœuvrabilité cinq évolueurs : hélices à axe vertical et à pas variables permettant d'incliner et de redresser l'appareil. Ces évolueurs sont commandés par « un manche à balai » analogue à celui des avions. En outre, une hélice à pas variable à axe horizontal permet l'orientation de l'hélicoptère. Deux hélices à axes horizontaux assurent son mouvement de translation. »
  Un volant gyroscopique d'1,8 mètre de diamètre est entraîné par le moteur pour donner à son appareil une stabilité. La lecture d’un article intitulé « Les hélicoptères » dans L'Aérophile de janvier 1923, permet de compléter ces informations pour comprendre le pilotage de l’appareil n°2. Les quatre grandes hélices principales sont montées sur des axes dont une partie conique sert de « cônes-moyeux » équipés de roulements permettant d’absorber les efforts qu’elles subissent par des déplacements horizontaux, « Cette précaution est indispensable pour un appareil destiné à la translation ». La rotation du moteur et du gyroscope (jante rayonnée et entoilée d'1,8 m de diamètre) produit un couple auquel sera opposé une ventilation produite par une hélice à axe horizontal. Nous pouvons imaginer une croix de deux poutres, l’une servant d’axe longitudinal à l’appareil. Cette poutre axe, dite « de traction », équipée à l’avant d’une des grandes hélices principales de 6,4 m de diamètre, reçoit un groupe de panneaux horizontaux « en conjugaison avec les panneaux de direction de l’hélice tractive, ceci pour permettre les virages sur place. » Cette hélice tractive est à pas variable et son action est pilotée par une pédale située dans le poste de pilotage où nous trouvons également une autre pédale pour commander l’orientation des deux panneaux qui servent de gouvernail situés en arrière de l’hélice tractive, qui par sa chasse donnera la direction. La disposition pour le pilote d’agir du poste de pilotage sur un levier qui oriente les axes de rotations (brevet GB 201,896) des cinq évolueurs qui d’après l’auteur dans L'Aérophile, justifie leurs présences seraient dû à la limitation de stabilité de forme du gyroscope.

Le X-UFO, jouet radio-commandé quadrirotor.

Aujourd'hui en 2010 des quadrirotors sont proposés comme maquettes téléguidées.

Travaux avec l’aide d’un dirigeable

Dès l’apparition du dirigeable, il fallut mettre au minimum une hélice pour, comme son nom l’indique, diriger le ballon. Certains mirent plusieurs hélices.

• 1920 : Le colonel Lamé. Moteur de 80 ch. Deux rotors
• 1921 : Étienne Œhmichen construit son appareil n°1 à l’image du Cornu et pour l’améliorer, il mettra en son centre et perpendiculairement un Zodiac. Le concept de l’Hélicostat était né. Le nom fut trouvé beaucoup plus tard en 1930 avec un nouvel appareil n°4.

Six rotors

• 1914 : Appareil des frères Denny (Écossais). Moteur de 40 ch

Autres appareils

• 1921 : L’Alérion de Damblanc-Lacoin
• 1923 : Autogire de l’espagnol Juan de La Cierva
• 1925 : Monohélicoptère (avec 2 rotors anticouple, de part et d'autre du rotor principal) d'Étienne Œhmichen. Présentation en 1928.
• 1930 : Hélicostat d'Étienne Œhmichen

Notes et références

1. ↑ ^{a, b, c et d} Hélicoptères : La genèse, de Léonard de Vinci à Louis Breguet - Présentation du livre de Bernard Bombeau
2. ↑ Scientific American du 11 juillet 1908

Bibliographie

• L'Aérophile, revue de l'Aéro-Club de France et Aéronautique
• Sciences et voyages n^o 142, 18 mai 1922
• Jean Boulet, Histoire de l’hélicoptère racontée par ses pionniers 1907–1956, France-Empire, 1991 (ISBN 2-7048-0676-4)
• Le n°108 d'Aérofrance de l'Aéro-Club de France page 28 à 31 un article de Christian de Pescara.
• Le n° 126 de la revue PEGASE de l'Association des Amis du Musée de l'air. Page 12 à 21 avec 26 photos un article de Christian de Pescara, (OCLC 0399-9939)
• Christian de Pescara, « Les inventions du Marquis de Pescara », dans La Lettre AAAF, n° 10, novembre 2007 et novembre 2009.
• (en) J. Gordon Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge University Press, 2006 (ISBN 978-0-5218-5860-1)

Annexes

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• « les rotors d'hélicoptères », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

Articles connexes

• Voilure (aéronautique)
• Gyroptère
• Histoire de l'hélicoptère et des voilures tournantes

Lien externe

• (fr) Essai de classification des voilures tournantes du début de leur apparition jusqu’en 1935 - Christian de Pescara [PDF]